DE1184562B - Zweistrom-Gasturbinenstrahltriebwerk - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT Internat. Kl.: F 02 k

Deutsche Kl.: 46 g-2/03

Nummer: 1184 562

Aktenzeichen: R 307511 a/46 g

Anmeldetag: 13. Juli 1961

Auslegetag: 31. Dezember 1964

Bei Turbo-Strahlantrieben mit Nachbrennern besteht das Problem, eine optimale, insbesondere etwa gleichbleibende Beaufschlagung der Kompressoren in allen Betriebszuständen zu erhalten. Wenn der Nachbrenner eines solchen Triebwerks arbeitet, wird ein Anstieg des statischen Druckes und der Temperatur der Strahlgase und daher auch eine Vergrößerung des Volumens der durch das Schubrohr strömenden Gase bewirkt.

Um diese Erhöhung aufzunehmen, werden bei be- ίο kannten Strahltriebwerken Schubdüsen mit veränderbarer Querschnittsfläche benutzt, die auf ihre größte Querschnittsfläche gebracht werden, wenn der Nachbrenner eingeschaltet wird. Eine solche Düse ist aber sehr schwer von Gewicht und muß außerdem aus verhältnismäßig teuren Legierungen bestehen, die den hohen Temperaturen und Drücken der wiedererhitzten Gase standhalten können.

Es sind außerdem bereits Turbo-Strahltriebwerke mit starren Düsen bekannt, bei welchen der Volumen- ao ausgleich dadurch bewirkt wird, daß während des Arbeitens des Nachbrenners ein Teil der Gase außen herumgeführt wird. Dabei ist ein Ventil vorgesehen, das die Luft außen am Schubrohr vorbeiströmen läßt, wenn sich der Nachbrenner in Tätigkeit befindet, und andererseits in einer anderen Betriebsstellung diese Strömung unterbindet, wenn der Nachbrenner nicht in Betrieb ist. Bei diesem bekannten Turbo-Strahlantrieb handelt es sich um ein Einstromtriebwerk.

Andererseits ist es bereits bei einem Zweistrom-Gasturbinenstrahltriebwerk ohne Nachverbrennung bekannt, zur Erlangung der angestrebten Druckverhältnisse und zur Erlangung einer optimalen Betriebsweise des Kompressors den Luftdurchsatz im Nebenstromkanal konstant zu halten. Bei dieser bekannten Anordnung werden dabei zwei Stellglieder gegensinnig gleichzeitig betätigt, wobei gleichzeitig mit der Betätigung eines Verschlußorgans im Nebenstromkanal ein Ringverschlußorgan betätigt wird. Diese Anordnung ist außerordentlich aufwendig und ergibt einen turbulenten Strömungsverlauf in beiden Betriebsstellungen, weil bei Abschluß einer der Strömungsführungen eine Stauung der Strömung vor dem betreffenden Verschlußorgan auftritt.

Ziel der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und eine einfache und wirksame Verstellanordnung zu schaffen, durch welche bei einem Zweistrom-Gasturbinenstrahltriebwerk mit Nachverbrennung und starren Düsen der optimale Luftdurchsatz für den Kompressor gewährleistet ist.

Die Erfindung geht aus von einem Zweistrom-Gasturbinenstrahltriebwerk mit einem um den Turbinen-

Zweistrom-Gasturbinenstrahltriebwerk

Anmelder:

Rolls-Royce Limited, Derby, Derbyshire

(Großbritannien)

Vertreter:

Dipl.-Ing. C. Wallach, Patentanwalt,

München 2, Kaufingerstr. 8 Als Erfinder benannt:

Thomas Alfred Oldfield, Allestree,

Derbyshire (Großbritannien) Beanspruchte Priorität: Großbritannien vom 2. August 1960 (26 778)

abgaskanal herum angeordneten Nebenschlußkanal, dem vom Kompressor Nebenschlußluft zugeführt wird, und mit einein"die Nebenschlußströmung alternativ entweder in das Schubrohr oder in einen an seinem stromunterseitigen Ende nach der Atmosphäre hin offenen Nebenauslaß steuernden Organ und mit einem Nachbrenner hinter der Turbine und ist dadurch gekennzeichnet, daß der Nebenauslaß als Ringkanal ausgebildet ist, an dessen stromaufwärtigem Ende die als eine Reihe umfänglich mit Abstand nebeneinander angeordneter Rohrstucke ausgebildete Abzweigung nach dem Schubrohr angeordnet ist, und daß eine das Steuerorgan bildende Steuerringscheibe um die Triebwerkslängsachse schwenkbar ist und unmittelbar stromauf der Abzweigung liegt.

Hierdurch wird infolge der Ringkanalausbildung ein günstigerer Strömungsverlauf erzieh, und die An ordnung eines einzigen Stellgliedes an Stelle der bekannten zwei Stellglieder schafft eine wesentliche Vereinfachung in konstruktiver Hinsicht.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung an Hand der Zeichnung. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 eine Seitenansicht eines Flugzeuges, das mit dem erfindungsgemäßen Zweistrom-Gasturbinenstrahltriebwerk ausgestattet ist,

Fig. 2 einen Teilaxialschnitt des Gasturbinenstrahltriebwerks gemäß F i g. 1,

F i g. 3 einen Schnitt nach der Linie 3-3 gemäß Fig. 2,

409 760/140

3 4

F i g. 4 einen Schnitt nach der Linie 4-4 gemäß lenken. Durch Drehen der Scheibe 26 können die*

F i g. 2, Öffnungen 28 auf die Rohre 23 ausgerichtet und

F i g. 5 einen Schnitt nach der Linie 5-5 gemäß außer Deckung mit den stromoberseitigen Enden des

F i g. 2, Ringkanals 24 gebracht bzw. auf die stromoberseitj-

F i g. 6 einen Schnitt nach der Linie 6-6 gemäß 5 gen Enden des Ringkanals 24 ausgerichtet und außer

F i g. 2. Deckung mit den Rohren 23 gebracht werden. ·

Das in F i g. 1 dargestellte Düsenflugzeug 10 ist mit Der äußere Umfang der Scheibe 26 ist mit einem Zweistrom-Gasturbinenstrahltriebwerken 11 ausge- Zahnkranz versehen, welcher in ein Ritzel 30 einstattet. Jedes Triebwerk 11 umfaßt in Strömungsrich- greift. Dieses Ritzel sitzt auf der Welle 31 eines Elek-

tung einen oder mehrere Verdichter 12, Verbren- io tromotors 32, welcher die Scheibe 26 um einen

nungseinrichtungen 13 und eine oder mehrere Tür- Winkel von ungefähr 9° nach beiden Seiten aus der binen 14, wobei die Turbinenabgase in ein Schubrohr Mittelstellung drehen kann und die öifnungen 28 so'

15 einströmen. auf die Rohre 23 bzw. auf die stromoberseitigen

Ein Teil der in dem Verdichter oder in den Ver- Enden des Ringkanals 29 ausrichtet oder sie von den-

dichtern 12 verdichteten Luft wird durch nicht dar- »5 selben abschwenkt.

gestellte Mittel einem Nebenschlußkanal 16 (F i g. 2) Der Motor 32, der hier nur beispielsweise darge-

zugefiihrt, um so die Verbrennungsanlage 13 und die stellt ist, kann in einer Schaltung 38 liegen, welche

Turbine oder Turbinen 14 zu umströmen. Der Neben- eine Batterie 39 (oder eine andere Stromquelle) und

schlußkanal 16 ist eine ringförmige, das Schubrohr einen Schalter 40 umfaßt; dieser Schalter 40 ist mit

15 umgebende Leitung. ao dem Drosselhebel 41 des Piloten so verbunden, daß, Innerhalb des Schubrohrs 15 befindet sich ein wenn der Flugzeugführer den Hebel bewegt, um die

konisches Leitstück 17, welches die Expansion der Nachbrenneinrichtung einzuschalten, die Schaltung

Gase nach deren Durchgang durch die Turbine oder 38 geschlossen wird und der Motor 32 angeschaltet

Turbinen 14 ermöglicht. Das Leitstück 17 ist am wird. Praktisch wird jedoch der Schalter 40 so liegen,

Schubrohr 15 durch in Winkelabständen vorgesehene 25 daß er eines von zwei Kontaktgliedern betätigt,

Radialstreben 18 angebaut. welche in zwei Stromkreisen liegen, von denen die

Die Radialstreben 18 tragen vier konzentrisch an- eine Schaltung die Drehung des Motors 32 in einer

geordnete, ringförmige Rohre 20, welche durch (nicht Richtung und die andere Schaltung des Motors 32 in

dargestellte) Mittel mit Nachbrennstoff versorgt wer- der anderen Richtung bewirkt. Außerdem sind auch'

den und eine Reihe von in Winkelabständen vorge- 3° Mittel vorgesehen, um den Motor 32 an einer Dre-

sehenen, stromabwärts gerichteten Löchern besitzen, hung über die voreingestellte Winkelstellung zu be-

durch welche der Treibstoff in die Turbinenabgase hindern.

eingespritzt wird. Die Steuerscheibe 26 ist vom Schubrohr 15 durch

Innerhalb des Schubrohrs 15, neben dem strom- einen sich axial erstreckenden Ringraum 33 getrennt, abwärtigen Ende des Leitstücks 17 befindet sich eine 35 während die Rohrstücke 23 auf einem zylindrischen Vielzahl von in Winkelabständen vorgesehenen Glied sitzen, welches vom Strahlrohr 15 durch einen Radialstreben 21. Diese Streben 21 tragen sechs kon- sich axial erstreckenden Ringraum 35 getrennt ist. zentrische Rinnen 22 mit C-förmigem, mit der Diese Räume 33, 35 stehen miteinander in Veroffenen Seite stromabwärts gerichtetem Querschnitt. bindung, und das stromabwärtige Ende des Raums Der Nachbrennstoff wird beim Betrieb durch die 40 35 steht über ein Rohr 36 mit der Innenwandung Turbinenabgase stromabwärts getragen und (durch einer Düse 37 am stromabwältigen Ende des Schubnicht dargestellte Mittel) im Bereich der Rinnen 22 rohrs 15 in Verbindung. Die Räume 33 und 35 umgezündet, so daß er in den durch die Rinnen ge- gehen derart die Steuerscheibe 26 und liefern eine schaffenen geschützten Zonen verbrennt. kleine Menge der Nebenschlußluft an diese Innen-

Eine Vielzahl, z. B. zwanzig, von in Winkelabstän- 45 wandung an, um deren Kühlung zu bewirken,

den vorgesehenen länglichen Rohrstücken 23 ge- Eine bei 43 angelenkte Klappe 42 bildet einen Teil

stattet es der Nebenschlußluft, vom Nebenschluß- der Düse 37. Die Kolbenstange 45 eines pneumatisch

kanal 16 in das Schubrohr 15 einzutreten, in welches oder hydraulisch betriebenen Kolbens 44 ist mit einer

die Rohrstücke 23 sich erstrecken. Nase 46 od. dgl. mit der Klappe 42 verbunden und

Die Rohre 23 erstrecken sich über eine ringför- 5° kann daher durch den Kolben 44 zwischen den in

mige Leitung 24, welche das Schubrohr 15 umgibt F i g. 2 durch voll ausgezogene und gestrichelte

und zwischen diesem und einem Gehäuse 25 ge- Linien gezeigten Stellungen bewegt werden,

schaffen ist. Diese ringförmige Leitung 24 bildet eine Wenn das Triebwerk 11 ohne Wiedererhitzung der

stromabwärtige Verlängerung des Nebenschlußkanals Turbinenabgase betrieben wird, steht die Steuer-

16 und ist nur längs einer Ringfläche 24 an ihrem 55 scheibe 26 in der Stellung, in welcher die ganze stromabwärtigen Ende offen. Zwischen dem Gehäuse Nebenschlußluft (mit Ausnahme des kleinen durch 25 und der Wand einer Düse 37 ist der übrige Teil die Räume 33, 35 strömenden Teiles) durch die des stromunterseitigen Endes zwischen den strom- Rohrstücke 23 in das Schubrohr 15 strömt, um sich unterseitigen Enden der Rohre 23 offen. hier mit den Turbinenabgasen zu vermischen.

Im stromabwärtigen Ende des Nebenschlußkanals ^6o Wenn das Triebwerk jedoch mit eingeschalteter

16, d. h. am stromaufwärtigen Ende des Rohrstückes Nachbrenneinrichtung betrieben wird, steht die

23, ist eine ringförmige Steuerscheibe 26 drehbar ge- Steuerscheibe 26 in der Stellung, in welcher die ganze

lagert. Diese Steuerscheibe hat eine Vielzahl von in Nebenschlußluft (mit Ausnahme des vorerwähnten

Winkelabständen vorgesehenen Ablenkblechen 27, kleinen Teiles) durch den ringförmigen Nebenauslaß

welche sich radial nach innen verjüngen. Zwischen 65 strömt und diese in axialer Richtung an deren strom-

jeweils zweien dieser Ablenkbleche 27 hat diese abwärtigen Ende 24' verläßt.

Scheibe 26 eine öffnung 28, so daß die Ablenkbleche Wenn höchste Wiedererhitzung der Turbinen-

27 die Nebenschlußluft in die öffnungen 28 ein- abgase verlangt wird, bewegt der Kolben 40 die

Klappe 42 in die durch gestrichelte Linien dargestellte Stellung.

Die Betätigung des Motors zur Drehung der Steuerscheibe 26 kann auch an Stelle der Betätigung durch den Flugzeugführer, wenn die Nachbrenneinrichtung eingesetzt wird, durch automatische Mittel erfolgen. Diese können beispielsweise die Temperatur oder den Druck im Schubrohr 15 abfühlen oder auf die Treibstoffanlieferung zu den Rohren 20 ansprechen.

Erwünschtenfalls kann der Motor 32 an Stelle der Drehung der Ventilscheibe in ihre beiden Endstellungen, in welchen die öffnungen 28 ganz auf die Rohrstücke 23 ausgerichtet oder diesen gegenüber abgeschlossen sind, diese Scheibe 26 auch in eine Anzahl von Zwischenstellungen drehen, so daß der Nachbrennvorgang nach Maßgabe der in die Düse 37 strömenden Nebenschlußluft zwischen einem Minimum und einem Maximum eingeregelt werden kann.

Die Klappe 42 stellt eine wahlweise Einrichtung dar und kann auch fortgelassen werden, so daß die Wirkfläche der Düse 37 nicht veränderlich ist.

Wie aus der in den Zeichnungen dargestellten Konstruktion hervorgeht, ändert sich der statische Druck im Schubrohr 15 nicht bemerkenswert, wenn die Nachbrenneinrichtung im Betrieb ist, da der Großteil der Nebenschlußluft dann durch den ringförmigen Nebenauslaß 24 strömt. Es ist daher nicht nötig, das Schubrohr 15 mit einer Schubdüse mit veränderlichem Querschnitt auszustatten.

Es hat sich herausgestellt, daß die Flammhalterrinnen 22 vom stromabwärtigen Ende des Schubrohrs 15 in einer Entfernung von mindestens anderthalb Durchmessern des Strahlrohrs angebracht werden müssen. Die in den Zeichnungen dargestellte Konstruktion ermöglicht es, den Durchmesser des Schubrohrs herabzusetzen, da nicht gleichzeitig Nebenschlußluft und wieder erhitzte Gase durch dieses durchströmen. Diese Konstruktion ermöglicht daher auch die Herabsetzung der Länge des Schubrohrs 15.

Außerdem ist bei Inbetriebnahme der Nachbrennvorrichtung kein Durchmischen der Nebenschlußluft und der Turbinenabgase vor dem Wiedererhitzen notwendig, so daß sich eine Mischzone stromaufwärts der Nachbrenneinrichtung erübrigt und die Länge weiter verkürzt werden kann.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Zweistrom-Gasturbinenstrahltriebwerk mit einem um den Turbinenabgaskanal herum angeordneten Nebenschlußkanal, dem vom Kompressor Nebenschlußluft zugeführt wird, und mit einem die Nebenschlußströmung alternativ entweder in das Schubrohr oder in einen an seinem stromunterseitigen Ende nach der Atmosphäre hin offenen Nebenauslaß steuernden Organ und mit einem Nachbrenner hinter der Turbine, dadurch gekennzeichnet, daß der Nebenauslaß als Ringkanal (24) ausgebildet ist, an dessen stromaufwärtigem Ende die als eine Reihe umfänglich mit Abstand nebeneinander angeordneter Rohrstücke (23) ausgebildete Abzweigung nach dem Schubrohr angeordnet ist, und daß eine das Steuerorgan bildende Steuerringscheibe (26) um die Triebwerkslängsachse schwenkbar ist und unmittelbar stromauf der Abzweigung liegt.

2. Gasturbinenstrahltriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerringscheibe (26) sich quer zu dem Nebenschlußkanal (16) erstreckt und mehrere im Winkelabstand zueinander angeordnete öffnungen (28) aufweist, die auf die Rohrstücke (23) wahlweise ausgerichtet bzw. außer Fluchtung zu bringen sind.

3. Gasturbinenstrahltriebwerk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerscheibe (26) zwischen je zwei benachbarten öffnungen (28) Ablenkbleche (27) aufweist, um die durch die öffnungen (28) strömende Luft abzulenken.

4. Gasturbinenstrahltriebwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Nebenschluß zu der von der Steuerscheibe (26) beeinflußten Nebenschlußströmung Ringkanäle (33, 35, 36) vorgesehen sind, durch die ein geringer Anteil der Nebenschlußluft aus dem Nebenschlußkanal (16) als Kühlluft auf die Inneriwand des Schubrohrs austritt.

5. Gasturbinenstrahltriebwerk nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einmündung der Rohrstücke (23) in das Schubrohr stromunterseitig des Nachbrenner (20, 22) vorgesehen ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschrift Nr. 849 628;

französische Patentschrift Nr. 1086 315;

britische Patentschriften Nr. 695 482, 627 832,
954;

USA.-Patentschriften Nr. 2 934 895, 2 716 329,
588 532.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

409 760/140 12.64 Q Bundesdruckerei Berlin